(57)【要約】【課題】  均一な薄膜形成が可能な、気相成長装置を実現する。【解決手段】  本発明のフェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置は、基板保持部材８を回転可能に保持するギア付き回転台９を備えている。ギア付き回転台９は、薄膜形成時に、基板保持部材８が挿入されるな筒状部２３を有しており、この筒状部２３は、開口部６が形成された側の反応管５の外表面を越えて、反応管５内部方向に延びている。これにより、固定部材により、隙間Ｇを形成することができるため、基板保持部材８の交換による原料ガス２２の流れの乱れを防ぎ、均一な薄膜形成を行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有し、薄膜形成の原料が供給される反応管と、
薄膜形成時に被処理基板の被処理面が、上記開口部から反応管内部に露出されるように被処理基板を保持する基板保持部材と、
上記基板保持部材を回転可能に保持する回転台とを備え、上記反応管内部で薄膜形成を行う気相成長装置であって、
上記回転台は、基板保持部材を挿入可能な筒状部を有しており、
上記筒状部が、上記開口部が形成された側の反応管の外表面を越えて、反応管内部方向に延びていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
上記筒状部の周方向に形成される筒状部と反応管との間の隙間が、均一となっていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
上記開口部が形成された側の反応管の内表面，筒状部の底面，および被処理基板の被処理面が、同一平面上にあるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項４】
さらに、上記基板保持部の底面の少なくとも一部が、上記開口部が設けられた側の反応管の内表面，筒状部の底面，および被処理基板の被処理面と、同一平面上にあるようになっていることを特徴とする請求項３に記載の気相成長装置。
【請求項５】
上記筒状部は、筒状部以外の領域よりも線膨張係数の大きい材料からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
上記筒状部の材料は、薄膜形成時の温度領域において、上記筒状部の周方向に形成される筒状部と反応管との間の隙間が、最小となるように選択されたものであることを特徴とする請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相成長装置を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、均一なエピタキシャル成長膜の形成に好適な、気相成長装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気相成長装置の一種であるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ：有機金属化学気相蒸着）装置は、化合物半導体の製造において広く利用されている装置である。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ装置では、有機金属化合物と水素化合物などを含む原料ガスを、反応管内に導入し、反応管内に設置した基板付近で、原料ガスを反応および分解させることにより、基板表面に所定の薄膜を形成する。
【０００４】
ＭＯＣＶＤ装置には、この基板の保持方法として、フェースアップ型とフェースダウン型さらには、横置きのバレル型等がある。これら基板の保持形式は、基板の被処理面の方向に基づくものである。例えば、フェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置は、薄膜形成を行う基板の表面（被処理面）が、下向きに載置される形式のＭＯＣＶＤ装置である。
【０００５】
フェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置は、表面が下向きに形成されているため、フェースアップ型（薄膜形成を行う基板の表面が上向きに載置される形式）ＭＯＣＶＤ装置と比較して、生成物の落下の影響が少ない，加熱された原料ガスが薄膜形成面に効率よく供給される等の利点を有し、良好な薄膜形成を行う上で有利であることが認識されたため、採用される例が増加しつつある。
【０００６】
例えば、特許文献１〜３には、典型的なフェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置が開示されている。
【０００７】
図６は、従来のフェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置の主要部の断面図である。
【０００８】
図６に示すように、薄膜形成時には、被処理基板１０７を保持した基板保持部材１０８が、ギア付き回転台１０９に載置される。すなわち、薄膜形成時には、基板保持部材１０８の載置用フランジ１１９が、ギア付き回転台１０９の載置部１０９ａに載置される。このように、薄膜形成時には、基板保持部材１０８は、ギア付き回転台１０９に接触しているため、基板保持部材１０８が、基板保持部材設置穴１１３から落下することはない。
【０００９】
なお、このとき、被処理基板１０７の被処理面（下面）が、反応管１０５に設けられた開口部１０６より、反応管１０５の内側（反応管１０５の内部）に露出されるように、各部品の位置関係が調整される。
【００１０】
また、基板保持部材１０８はギア付き回転台１０９に載置されるため、反応管１０５の開口部１０６の直径は、基板保持部材１０８底面の外径よりも大きく設定されている。
【００１１】
ここで、基板保持部材１０８をギア付き回転台１０９に載置した状態のときに、基板保持部材１０８と反応管１０５との間に形成される隙間１０６ａは、できるだけ少ないことが望ましい。しかし、基板保持部材１０８の加工精度、および、搬送時の位置ずれによる基板保持部材１０８の振れ回りなどを考慮して、この隙間１０６ａは、１ｍｍ以上となるように設計されることが多い。
【００１２】
基板保持部材１０８がギア付き回転台１０９に載置されると、次に、ガス供給口から反応管１０５に原料ガス１２２が導入されるとともに、基板加熱ヒーター１１４により被処理基板１０７が加熱される。これにより、被処理基板１０７表面での、成膜化学反応が促進され、被処理基板１０７の被処理面上に薄膜が形成される。
【００１３】
なお、薄膜形成時には、図示しない回転機構により被処理基板１０７を回転させることによって、被処理基板１０７の処理表面上に形成される薄膜の均一性を向上させるようになっている。
【００１４】
被処理基板１０７下を通過した原料ガス１２２は、ガス排出口から排出される（図６の矢印方向）。
【００１５】
このようにして、被処理基板１０７への薄膜形成処理が終了する。薄膜形成処理終了後は、上述とは逆の操作により、被処理基板１０７をギア付き回転台１０９から取り出す。
【００１６】
このようなフェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置では、反応管１０５中を流れる原料ガス１２２の流速分布および温度が、被処理基板１０７付近において空間的に均一であり、原料ガス１２２の流れに渦や乱れが発生しない層流となるようにすることが望ましい。このように原料ガス１２２の供給方法および温度制御、並びに反応管１０５を工夫することは、品質の良い優れた結晶成長を実現させるために重要となる。
【特許文献１】特開平９−１６２１２８号公報（１９９７年６月２０日公開）
【特許文献２】特開平１１−１２０８５号公報（１９９９年１月１９日公開）
【特許文献３】特開２００２−１７５９９２号公報（２００２年１２月２６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来の構成では、基板保持部材１０８の外側に形成される隙間（基板保持部材１０８と開口部１０６との間に形成される隙間１０６ａ、および、基板保持部材１０８と基板保持部材設置穴１１３との間に形成される隙間１１３ａ）により、原料ガス流の乱れが生じる。その結果、均一な薄膜形成を実現できないという問題を生じる。
【００１８】
図６を用いて、被処理基板１０７と基板保持部材１０８とギア付き回転台１０９近傍における原料ガス１２２の流れを説明する。図６は、フェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置における、被処理基板１０７と基板保持部材１０８とギア付き回転台１０９近傍の状態を示す模式断面図である。
【００１９】
反応管１０５と基板保持部材１０８との間に隙間１０６ａが形成されていると、反応管１０５と回転台ベース１１１との間から、原料ガス１２２が反応管１０５外部に流出したり、反応管１０５外部から反応管１０５内部にガスが流入したりする。同様に、基板保持部材１０８とギア付き回転台１０９との間に隙間１１３ａが形成されていると、ギア付き回転台１０９と回転台ベース１１１との間から、原料ガス１２２が反応管１０５外部に流出したり、反応管１０５外部から反応管１０５内部にガスが流入したりする。このため、反応管１０５内部の原料ガス１２２の流れに渦や乱れが生じる。その結果、均一な薄膜形成を実現できないという問題を生じる。
【００２０】
従って、隙間１０６ａおよび１１３ａは、できるだけ狭くする必要がある。
【００２１】
また、基板保持部材１０８は、隙間１０６ａおよび１１３ａが、基板保持部材１０８の周方向において均等である必要がある。つまり、基板保持部材１０８は、反応管１０５の開口部１０６およびと同軸に載置される必要があるということである。これは、隙間１０６ａおよび１１３ａが周方向によって異なると、これらの隙間１０６ａおよび１１３ａから原料ガス１２２が、反応管１０５外部に流出したり、反応管１０５外部のガスが反応管１０５内部に流入したりする現象が周方向に不均一に発生する。このため、被処理基板１０７に成長する結晶膜の特性に、周方向分布が発生してしまう。
【００２２】
なお、基板保持部材１０８を載置するため設けられたギア付き回転台１０９の基板保持部材設置穴１１３は、その内部に基板保持部材１０８を装着する都合上、基板保持部材１０８の外径よりも大きく設定されている。
【００２３】
従って、基板保持部材１０８をギア付き回転台１０９に載置すると、両者の直径差分の隙間１０６ａおよび１１３ａが必ず発生する。なお、基板保持部材１０８の加工精度、および、搬送時の位置ずれによる基板保持部材１０８のふれ回りなどを考慮して、この隙間１０６ａは、１ｍｍ以上となるように設計されることが多い。
【００２４】
隙間１０６ａおよび１１３ａを、基板保持部材１０８の周方向において均等にするためには、基板保持部材１０８の中心軸を、反応管１０５の開口部１０６の中心軸およびギア付き回転台１０９の開口部の中心軸と一致させる必要がある。また、そのような中心軸を一致させた状態を回転中に維持するためには、基板保持部材１０８がギア付き回転台１０９に対して移動しないように両者を固定する必要もある。
【００２５】
ところが、基板保持部材１０８は、被処理基板１０７が変わるごとに交換されるため、基板保持部材１０８が交換されるごとに、隙間１０６ａおよび１１３ａを周方向に均等にすることは困難である。すなわち、基板保持部材１０８の回転軸と、反応管１０５の開口部１０６の中心軸およびギア付き回転台１０９の開口部の中心軸とを、基板保持部材１０８の搬送毎に高精度に位置決めすることは困難である。
【００２６】
このように、従来の、被処理基板１０７と基板保持部材１０８とを一体として搬送する形式のＭＯＣＶＤ装置では、隙間１０６ａおよび１１３ａが、基板保持部材１０８の周方向において不均等であることを許容せざるを得なかった。
【００２７】
その結果、従来の、被処理基板と基板保持部材とを一体として搬送する形式のＭＯＣＶＤ装置では、被処理基板１０７の周方向に均一な薄膜形成を実現できないという問題があった。
【００２８】
このような問題は、被処理基板のみを搬送する装置形態が構成可能であれば解決できる。
【００２９】
例えば、被処理基板を単独でハンドリングして、装置外部に搬入及び搬出することは、被処理基板搬送時に反応室内を大気圧とし、真空吸着などのハンドリング器具を用いれば可能である。
【００３０】
しかし、近年の薄膜形成に対する要求の高度化により、被処理基板に不用意な応力を与えることを極力避ける方向にある。
【００３１】
これは、被処理基板に作用する一定以上の応力は、被処理基板表面に形成された結晶薄膜に損傷を与えるためである。
【００３２】
従って、被処理基板を単独で搬送する薄膜形成を行った被処理基板の搬送には、細心の注意が必要となる。
【００３３】
実験装置のような少量の薄膜形成処理では、人の手による微妙なハンドリングによって、被処理基板に必要以上の応力を加えない搬送が可能であろう。
【００３４】
しかし、被処理基板搬送を大量に行う必要のある量産装置においては、装置内部で微妙なハンドリングが要求される。このため、被処理基板を単独で搬送する構成を採用することは困難である。
【００３５】
従って、実際の量産装置では、通常、被処理基板は基板保持部材に装着した状態でハンドリングされている。
【００３６】
また、基板保持部材とギア付き回転台とを一体化し、これを搬送する方法も考えられるが、ギア付き回転台の搬送は、ギア付き回転台を回転駆動するギアとのかみ合わせを確実に行う必要があること、ギア付き回転台を回転可能に支持する球体群との位置関係を正確に一致させてギア付き回転台を設置する必要があること等から、量産装置においては実現が困難である。
【００３７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、均一な薄膜形成が可能な、気相成長装置および気相成長方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明の気相成長装置は、上記の課題を解決するために、薄膜形成の原料が供給され、開口部を有する反応管と、薄膜形成時に被処理基板の被処理面が、上記開口部から反応管内部に露出されるように被処理基板を保持する基板保持部材と、上記基板保持部材を回転可能に保持する回転台とを備え、上記反応管内部で薄膜形成を行う気相成長装置であって、上記回転台は、基板保持部材を挿入可能な筒状部を有しており、上記筒状部が、上記開口部が形成された側の反応管の外表面を越えて、反応管内部方向に延びていることを特徴としている。
【００３９】
上記の構成によれば、上記回転台は、基板保持部材を挿入可能な筒状部を有している。さらに、この筒状部は、開口部が形成された側の反応管の外表面を越えて、反応管内部方向に延びている。上記気相成長装置は、反応管内部で薄膜形成を行うため、筒状部に基板保持部材が挿入されて、薄膜形成が行われる。
【００４０】
ここで、回転台および反応管は、被処理基板が変わるごと（薄膜形成ごと）に交換されない固定部材であるのに対し、基板保持部材は、被処理基板が変わるごとに交換される交換部材である。このため、回転台の筒状部の周方向には、固定部材である筒状部と反応管との間に、隙間が形成される。このような固定部材により形成された隙間は、組み立て時に容易に調整できるため、その隙間の幅は、基板保持部材を交換しても変動しない。従って、基板保持部材の交換による原料ガス流の乱れを防ぎ、均一な薄膜形成を行うことができる。
【００４１】
このように、上記の構成によれば、気相成長装置において、回転しない反応管に設けられた開口部と、該開口部に挿入される回転台の筒状部との隙間を、固定部材によって構成できる。このため、基板保持部材の交換によって、その隙間を変化しないようにすることができる。
【００４２】
なお、筒状部と基板保持部材との間の隙間は、基板保持部材の交換により、変動する可能性がある。しかしながら、筒状部は反応管内部まで延びた構成であるため、筒状部と基板保持部材との間の隙間が変動したとしても、その隙間から原料ガスが流出することはない。
【００４３】
上記気相成長装置では、上記筒状部の周方向に形成される筒状部と反応管との間の隙間が、均一となっていることが好ましい。
【００４４】
上記の構成によれば、上記隙間は、周方向に均一に設定されているため、この隙間に起因する振れ回りを低減することができる。従って、より確実に、均一な薄膜形成が可能となる。
【００４５】
なお、上記基礎部は、上記筒状部との間に形成される隙間が周方向に均一とするには、例えば、基礎部の中心軸と、筒状部の中心軸とを一致させることによって、実現できる。基礎部および筒状部の中心軸は、組み立て時に容易に調整できる。
【００４６】
上記気相成長装置では、上記開口部が形成された側の反応管の内表面，筒状部の底面，および被処理基板の被処理面が、同一平面上にあるようになっていることが好ましい。
【００４７】
上記の構成によれば、開口部が形成された反応管の内表面（内壁面），反応管内まで延びた筒状部の底面，および被処理基板の被処理面が、略同一平面上（略同じ高さ）にある。これにより、この状態で、薄膜形成処理を行うことによって、特に、原料ガス流の乱れを防ぐことができる。従って、より確実に、均一な薄膜形成が可能となる。
【００４８】
上記気相成長装置では、さらに、上記基板保持部の底面の少なくとも一部が、上記開口部が設けられた側の反応管の内表面，筒状部の底面，および被処理基板の被処理面と、同一平面上にあるようになっていることが好ましい。
【００４９】
上記の構成によれば、開口部が形成された反応管の内壁面，反応管内まで延びた筒状部の底面，および被処理基板の被処理面に加えて、基板保持部の底面の少なくとも一部が、略同一平面上（略同じ高さ）にある。これにより、この状態で、薄膜形成処理を行うことによって、特に、原料ガス流の乱れを防ぐことができる。従って、より確実に、均一な薄膜形成が可能となる。
【００５０】
なお、このような構成は、例えば、被処理基板の被処理面と同一平面となるように、基板保持部材の底面を除去することにより、基板保持部材に除去部を設けることによって実現できる。
【００５１】
上記気相成長装置では、上記筒状部は、筒状部以外の領域よりも線膨張係数の大きい材料からなるものであることが好ましい。
【００５２】
上記の構成によれば、筒状部は、筒状部以外の領域よりも線膨張係数の大きい材料から構成されている。このため、薄膜形成時の熱により、筒状部以外の領域よりも筒状部の膨張が大きくなる。これにより、筒状部と反応管との間に形成された隙間を、より小さくすることができる。このため、この隙間に起因する振れ回りを低減することができる。従って、より確実に、均一な薄膜形成が可能となる。
【００５３】
上記気相成長装置では、上記筒状部の材料は、薄膜形成時の温度領域において、上記筒状部の周方向に形成される筒状部と反応管との間の隙間が、最小となるように選択されたものであることが好ましい。
【００５４】
上記の構成によれば、薄膜形成時の温度領域において、上記隙間が最小となるように、上記筒状部および基礎部の材料が選択される。これにより、薄膜形成時の温度領域において、その隙間からのガスの流出および流入を最小限とすることができ、より確実に、均一な薄膜形成が可能となる。
【００５５】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記いずれかの気相成長装置を用いることを特徴ととしている。これにより、均一な薄膜が形成された半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明に係る基板成長装置は、以上のように、上記筒状部が、上記開口部が形成された側の反応管の外表面を越えて、反応管内部方向に延びている構成である。これにより、筒状部と反応管との間に、固定部材による隙間を形成できるため、基板保持部材の交換による原料ガス流の乱れを防ぎ、均一な薄膜形成を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、本発明の実施形態について図１ないし図５に基づいて説明する。なお、本発明は、これに限定されるものではない。
【００５８】
本実施形態の気相成長装置は、回転台と反応管との間に形成される隙間を固定部材により構成することにより、均一な薄膜形成を実現するものである。
【００５９】
まず、本実施形態の気相成長装置の全体構造について説明する。
【００６０】
図２は、本実施形態の気相成長装置の模式断面図である。
【００６１】
本実施形態の気相成長装置は、図２に示すような、フェースダウン型のＭＯＣＶＤ装置Ａである。
【００６２】
本実施形態のＭＯＣＶＤ装置Ａは、直方体形状のチャンバ１により構成される反応室２内で、薄膜形成するものである。
【００６３】
ＭＯＣＶＤ装置Ａは、反応室２内に、反応管５，回転台ベース１１，ギア付き回転台（回転台）９を備えている。これらの部材は、反応室２の底面側（下側）から、この順に設けられている。
【００６４】
反応管５は、薄膜形成のための原料ガスを、反応室２内に供給するものである。反応管５は、反応室２を水平方向に連通して設けられている。反応管５の一端はガス供給口３に、他端はガス排出口４に、それぞれ接続されている。すなわち、反応管５は、ガス供給口３とガス排出口４とを連結するものである。なお、反応管５には、被処理基板が配される側（上側）にのみ開口部６が形成されている。また、反応管５の内部は、薄膜形成反応を行う反応領域となる。このため、反応管５は、反応領域と、反応室２とを区切る境界壁となっている。
【００６５】
回転台ベース１１は、円環状（リング状）の部材であって、ギア付き回転台９を回転可能に支持するものである。ギア付き回転台９と回転台ベース１１との間には、複数の球体１０が設けられており、これにより、ギア付き回転台９を回転できるようになっている。球体１０は、ギア付き回転台９および回転台ベース１１に形成された溝に挟持されることにより、回転台ベース１１が回転するようになっている。
【００６６】
ギア付き回転台９は、薄膜形成時に、基板保持部材（後述）を載置するものである。ギア付き回転台９は、円環状の部材であって、外周部に駆動用ギヤ１２を有し、中央部にギア付き回転台９を貫通する基板保持部材設置穴１３を有する。基板保持部材設置穴１３は、反応管５の開口部６に挿入されている。このため、基板保持部材設置穴１３の外径は、開口部６の直径（外径）よりも、小さくなっている。ギア付き回転台９は、薄膜形成時に、図示しない回転装置により回転動作を行うようになっている。
【００６７】
ギア付き回転台９の詳細は、後述する。
【００６８】
なお、反応室２の上方（ギア付き回転台９の上方）には、被処理基板を加熱するための基板加熱ヒーター１４が設置されている。
【００６９】
基板加熱ヒーター１４は、フランジ１５により支持されている。フランジ１５は、伸張収縮自在なベローズ１６を介して、反応室２を構成するチャンバ１上部に接続されている。フランジ１５は、昇降機構１７により支持されており、チャンバ１に対し、図２の上下方向（鉛直方向）に移動可能となっている。
【００７０】
このように、基板加熱ヒーター１４は、上下方向に移動可能となっており、薄膜形成時には、下方（反応管５の方向）に移動し、被処理基板７を、被処理面の反対側（裏側）から加熱する。
【００７１】
ここで、本実施形態のＭＯＣＶＤ装置Ａにおける薄膜形成処理について説明する。図４は、図２の気相成長装置の構成を説明する図であって、被処理基板を保持した基板保持部材をギア付き回転台に裁置した状態を説明する模式断面図である。図５は、図２の気相成長装置の構成を説明する図であって、被処理基板を保持した基板保持部材をギア付き回転台に裁置した後、基板加熱ヒーターが降下した状態を説明する模式断面図である。
【００７２】
前述のように、ギア付き回転台９には、基板保持部材を挿入するための、基板保持部材設置穴１３が形成されている。基板保持部材設置穴１３に、被処理基板を保持した基板保持部材が挿入されることによって、薄膜形成が行われる。
【００７３】
ここで、図３を用いて、基板保持部材について説明する。図３は、本実施形態のフェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置Ａにおける、基板保持部材８の断面図である。
【００７４】
基板保持部材８は、薄膜形成の対象となる被処理基板７を保持するものである。ＭＯＣＶＤ装置Ａはフェースダウン型であるため、基板保持部材８は、被処理面が下側となるように、被処理基板７を保持する。
【００７５】
基板保持部材８は、上部に、搬送用フランジ１８及び載置用フランジ１９を有する円筒様形状であって、底面に設けられた基板装着穴２０に、被処理基板７を装着する構成となっている。
【００７６】
基板保持部材８の底面の円周上には、基板装着穴２０に装着した被処理基板７が落下しないように、複数個（３個以上）の爪（保持部）２１が設けられている。爪２１は、基板保持部材８の下端部から内側に突出した形状となっている。被処理基板７は、この突出した部分で保持される。
【００７７】
図４に示すように、薄膜形成時には、被処理基板７を保持した基板保持部材８の搬送用フランジ１８部が、図示しない搬送ハンドにより保持され、反応室２内のギア付き回転台９上方の基板保持部材設置穴１３にまで搬送される。より詳細には、搬送ハンドは、搬送用フランジ１８と載置用フランジ１９と間に入りこみ、搬送用フランジ１８を持ち上げることにより、基板保持部材８を搬送する。このようにして搬送される基板保持部材８は、ギア付き回転台９の基板保持部材設置穴１３内に設置される。
【００７８】
基板保持部材設置穴１３に設置されると、基板保持部材８に保持された被処理基板７の被処理面は、反応管５内部に達する。そして、図５に示すように、基板加熱ヒーター１４が被処理基板１４まで降下し、被処理基板７を加熱する。これにより、反応管５に原料ガス２２を供給すると、被処理基板７の被処理面に薄膜が形成される。
【００７９】
薄膜形成処理終了後は、上述とは逆の操作により、被処理基板７を反応室２外に取り出す。
【００８０】
〔実施の形態１〕
以下、本実施形態のＭＯＣＶＤ装置Ａの特徴的構成について説明する。
【００８１】
図１は、本実施形態のＭＯＣＶＤ装置の主要部断面図である。具体的には、図１は、被処理基板７と基板保持部材８とギア付き回転台９近傍の状態を示す模式断面図である。
【００８２】
本実施形態のＭＯＣＶＤ装置Ａは、ギア付き回転台９が、基板保持部材を挿入可能であり、開口部６が形成された側の反応管５の外表面を越えて、反応管内部方向に延びている筒状部２３を有することを特徴としている。
【００８３】
図１に示すように、ギア付き回転台９は、円筒状の筒状部２７を有している。この筒状部２７は、ギア付き回転台９に一体的に形成された部材である。ギア付き回転台９の下面（反応管５側の面）には、球体１０を挟持するための溝が形成されている。ギア付き回転台９の内側には、基板保持部材８を保持する保持部を形成するため、やや窪んでいる。
【００８４】
筒状部２３は、ギア付き回転台９における、基板保持部材８を挿入する開口となる基板保持部材設置穴１３を形成する円筒状の部分である。筒状部２３は、反応管５の開口部６に挿入される。このため、反応管５の開口部６の直径は、筒状部２３の外径よりも大きく設定されている。回転台ベース１１，および反応管５には、略同径の開口が形成されており、筒状部２３は、その開口に挿入された構成である。すなわち、筒状部２３は、回転台ベース１１，反応管５に形成された開口部６に挿入された構成ともいえる。このため、筒状部２３の外径は、回転台ベース１１，反応管５の開口の直径よりも小さい。
【００８５】
ここで、図６に示した従来のＭＯＣＶＤ装置では、基板保持部材１０８が交換されるごとに、基板保持部材１０８と反応管１０５との隙間１０６ａ、および、基板保持部材１０８とギア付き回転台１０９との隙間１０９ａおよび１１３ａは、変動してしまう。このため、隙間１０６ａおよび１１３ａが、基板保持部材１０８の周方向において不均等であることを許容せざるを得なかった。その結果、隙間１０６ａおよび１１３ａから原料ガス１２２が流出したり、外部からガスが流入したりして、原料ガス１１２の流れに乱れが生じ、均一な薄膜形成を実現できない。
【００８６】
そこで、本実施形態では、ギア付き回転部材９が、反応管５に設けられた開口部６を越えて、反応管６の内部まで延びている筒状部２３を有することを特徴としている。
【００８７】
これにより、筒状部２３の外側には、ギア付き回転台９から反応管５にかけて、鉛直方向に隙間Ｇが形成される。ここで、基板保持部材８は、被処理基板７が変わるごと（薄膜形成ごと）に交換される交換部材であるのに対し、ギア付き回転台９および反応管５は、交換されない固定部材である。従って、この隙間Ｇは、固定部材により形成されるものである。この隙間Ｇは、組み立て時に容易に調整できるため、その隙間Ｇの幅は、基板保持部材８を交換しても変動しない。つまり、筒状部２３の外側には、周方向に均一な隙間Ｇを形成することができる。これにより、基板保持部材８を交換しても、この隙間Ｇから流出および流入するガスにより、原料ガス２２の流れの乱れを防ぎ、均一な薄膜形成を行うことができる。
【００８８】
このように、円筒部２３は、ギア付き回転台９の一部であり、ギア付き回転台９は、回転台ベース１１上に保持された部品である。これらは反応室２内に固定された装置の構成要素であって、基板保持部材８のように、薄膜形成ごとに交換される部材ではない。
【００８９】
従って、反応管５の開口部６と円筒部２３の外径との隙間Ｇや振れ回りは、装置組み立て時に厳密に管理および調整しておくことが可能である。そのような管理および調整を実施することにより、反応管５の開口部６と円筒部２３の外径との隙間Ｇおよび振れ回りを極小に設定できる。
【００９０】
本実施系形態では、反応管５の開口部６と円筒部２３の外径との隙間Ｇを０．５ｍｍ以下、振れ周りを±０．１ｍｍ以下にすることができた。これにより、被処理基板７近傍における原料ガス２２の流れの乱れが抑制され、均一な薄膜を形成することができた。
【００９１】
なお、筒状部２３の内側に形成される、筒状部２３と基板保持部材８との間の隙間３７は、基板保持部材８の交換により、変動する可能性がある。これは、基板保持部材８の交換により、基板保持部材８とギア付き回転台９との間に、隙間部２８が形成されるためである。このため、この隙間３７は、基板保持部材８の周方向に不均等になる場合がある。しかしながら、筒状部２３は開口部６が形成された側の反応管５の外表面を越えて、反応管５内部まで延びた構成であるため、筒状部２３と基板保持部材８との間の隙間３７が変動したとしても、その隙間３７から原料ガス２２が流出することはない。
【００９２】
ここで、前述した、筒状部２３の外側に形成された隙間Ｇ（反応管５の開口部６の直径と筒状部２３の外径との間に存在する隙間Ｇ）、および、隙間部２８は、各材料の線膨張で決定されるため、ギア付き回転台９の材料は、特に限定されるものではない。しかしながら、隙間Ｇおよび隙間部２８は、できるだけ小さいことが望ましい。これは、この隙間Ｇからの原料ガスの流出および外部からガスの流入を防ぐとともに、この隙間Ｇおよび隙間部２８に起因する振れ回りなどもできる限り小さくするためである。これにより、原料ガス２２の流れに乱れを生じさせなくすることが可能である。
【００９３】
本実施形態では、ギア付き回転台９の線膨張係数は、特に限定されるものではない。本実施形態では、ギア付き回転台９では、筒状部２３は、筒状部以外の領域よりも線膨張係数の大きい材料から構成されている。ギア付き回転台９の材料は、原料ガス２２の種類等、薄膜形成条件等により変動するため、特に限定されるものではない。例えば、ギア付き回転台９として使用可能な材料（線質係数：１０×Ｅ−６／Ｋ）は、モリブデン（５．７），アルミナ（８．０），カーボン（４．３），ボロンナイトライド（４．０）等を挙げることができる。これらの材料は、高温での薄膜形成処理を行う場合に有利である。なお、薄膜形成条件によっては、ギア付き回転台９の材料である、ＳＵＳ系（ステンレス）材料、石英、タングステン等も使用可能である。本実施形態では、ギア付き回転台９の筒状部２３にはアルミナを使用し、それ以外の領域にはボロンナイトライド、各部品の設計を行った。
【００９４】
このように、ギア付き回転台９は、筒状部２３が、それ以外の領域よりも線膨張係数の大きい材料から構成されていると、薄膜形成時の熱により、筒状部２３の膨張がそれ以外の領域よりも大きくなる。これにより、隙間Ｇを、小さくすることができる。このため、この隙間部２８に起因する振れ回りを低減することができる。従って、より確実に、均一な薄膜形成が可能となる。一方、筒状部２３以外の領域を線膨張係数の大きい材料から構成すれば、隙間部２８を小さくすることができる。これにより、隙間部２８による振れ回りを小さくすることができる。
【００９５】
ここで、ギア付き回転台９の材料の組み合わせは、特に限定されるものではない。しかし、薄膜形成時の温度領域において、隙間部２８（好ましくはさらに隙間Ｇ）が、最小となるように選択されたものであることが好ましい。これにより、薄膜形成時の温度領域において、隙間部２８のより確実に、均一な薄膜形成が可能となる。
【００９６】
なお、ギア付き回転台９には、回転させるための回転球１０の転動面があるため、回転球１０の寿命を考慮すれば、ギア付き回転台９は可能な限り軽量の方が望ましい。
【００９７】
ここで、均一な薄膜形成を行うためには、反応管５内を流れる原料ガス２２の流れを均一にすることが重要である。
【００９８】
そこで、本実施形態では、反応管５の開口部６側の内壁面，筒状部２３の底面２５，および被処理基板７の被処理面が、同一平面上（略同じ高さ）にあるようになっている。これにより、この状態で、薄膜形成処理を行うことによって、特に、原料ガス２２の流れの乱れを防ぐことができる。
【００９９】
しかも、図３の基板保持部８の底面は、平坦となっているが、図１の基板保持部８の底面は、被処理基板７の被処理面と同じ高さとなるように、除去部が設けられている。これにより、この状態で、薄膜形成処理を行うことによって、さらに原料ガス２２の流れの乱れを防ぐことができる。
【０１００】
なお、基板保持部材８の底面は、被処理基板７の被処理面と同一面にあり、反応管５内部に暴露されている面積が大きく、基板加熱機ヒーターが直上に存在している。このため、汚れ度合いがギア付き回転台９の筒状部２３よりも大きい。しかし、図１の基板保持部材８は、ギア付き回転台９の基礎部２６および筒状部２３とは異なり、被処理基板７を搬送するたび取り出す交換部材である。このため、汚れ具合により、適宜交換することが可能である。
【０１０１】
このように、本実施形態では、基板保持部材８が、筒状部２３内に設置（より詳細には基板保持部材設置穴１３内に設置）された際、被処理基板７の被処理面（下面）は、反応管５に設けられた開口部６より、反応管５の内側に露出し、かつ、被処理基板７の被処理面の高さと、反応管５の開口部６を有する側の内壁高さとが一致するように各部材の位置関係が調整されている。また、被処理基板７の被処理面と、基板保持部材底面２４の高さが略一致するよう構成されている。
【０１０２】
さらに、筒状部２３の鉛直方向の長さは、筒状部２３の底面（下部端面）２５が被処理基板７の被処理面と同じ高さとなるように設計されている。
【０１０３】
従って、被処理基板７の被処理面と、基板保持部材底面２４と、筒状部２３の下部端面２５の３者の高さが略一致している構成となる。
【０１０４】
さらに、これらに加えて、反応管５の開口部６を有する側の内壁高さも一致するように構成されている。
【０１０５】
これは、上記３者、もしくは４者の面高さが一致していると、被処理基板７の被処理面近傍での原料ガス２２の流れに乱れが生じにくくなるためである。
【０１０６】
以上のように、本実施形態では、反応管５の開口部６の直径と筒状部２３の外径（外側）の間に存在する隙間Ｇを小さくすることができ、その隙間Ｇによる回転振れを小さくすることができ、回転振れに起因する原料ガス２２の乱れを発生させることなく安定した結晶成長を行うことができた。
【０１０７】
なお、このとき熱による線膨張の影響が筒状部２３の底面２５にもおよび、この底面２５が反応管５内部に突出する事も考えられるが、円筒部２７先端近傍は、原料ガスが常に供給されており、それにより熱が奪われているため、線膨張による反応管内部への突出はほとんどなく、原料ガスの流れに影響は及ぼさない。
【０１０８】
以上のように、本実施形態のＭＯＣＶＤ装置Ａは、均一な薄膜形成を行うことができるため、この装置を用いることにより、均一な薄膜が形成された半導体装置を製造することができる。
【０１０９】
なお、本実施形態のＭＯＣＶＤ装置では、ギア付き回転台９は、単一の部材（一体構造）であった。しかし、ギア付き回転台９は、分割可能な複数の部材から構成されていてもよい。このように、ギア付き回転台９を分離可能な構成にすると、装置メンテナンスコストを削減できる効果を期待できる。すなわち、円筒部２３の反応管５に設けられた開口部６より反応管５の内側に露出する部分は、薄膜形成処理の実施により徐々に生成物が付着し、定期的な洗浄が必要となるが、ギア付き回転台９と円筒部２３を分離可能な構成にすると円筒部２３のみを洗浄するだけで良いことになるため、洗浄コスト、つまりメンテナンスコストを削減することができるからである。
【０１１０】
また、本実施形態では、ギア付き回転台９が、被処理基板７を一枚のみ保持する構成について説明したが、複数枚の被処理基板を保持する構成であってもよい。複数枚の被処理基板を処理する装置構成としては、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されているように、ギア付き回転台が複数の被処理基板を、自転および公転させる構成などが例示できる。この構成では、ギア付き回転台の回転により、被処理基板は、自身の中心軸に対して自転するとともに、ギア付き回転台の中心軸に対して公転する。
【０１１１】
また、上記の説明では、基板加熱ヒーター１４が基板保持部材８内部に進入して加熱する構成であるが、内部に進入せず、基板保持部材８から離れた位置から加熱する構成であっても良い。
【０１１２】
また、本発明の気相成長装置は、上記基板保持部材における、被処理基板を保持する保持部が、着脱可能となっている構成であってもよい。
【０１１３】
上記の構成によれば、基板保持部材の被処理基板を保持する保持部が、着脱可能となっている。これにより、原料ガスに暴露された保持部の底面に薄膜が形成され、保持部の底面が汚染されても、保持部を交換することができる。これにより、保持部の底面の汚染による原料ガス流の乱れを防ぎ、均一な薄膜形成が可能となる。
【０１１４】
また、本発明の気相成長装置および気相成長方法は、以下のように表現することもできる。
【０１１５】
〔１〕反応管もしくは反応領域を区切る境界壁に設けられた開口部を有し、基板（被処理基板）を搭載しうる交換可能な基板保持部材を回転させることが出来る回転台を備え、基板を基板保持部材に装着して装置内部に搬入して回転台に裁置した後、基板表面（被処理面）と基板保持部材の一部を、前記反応管もしくは反応領域を区切る境界壁に設けられた開口部より、反応管もしくは反応領域を区切る境界壁の内側に露出させた状態で薄膜形成を行う気相成長装置及び気相成長方法であって、基板を基板保持部材に装着して装置内部に搬入して回転台に裁置した際に、基板表面と基板保持部材の一部に加えて、回転台の一部が反応管もしくは反応領域を区切る境界壁の内側に露出する構成。
【０１１６】
この構成では、装置組み立て時に、回転台の回転軸と開口部の中心軸をあらかじめ一致させておくことが可能であるため、薄膜形成処理毎に被処理基板と基板保持部材を交換しても、反応管に設けられた開口部と、反応管内側に露出した回転台の一部分との隙間は変化せず、したがって被処理基板近傍の原料ガス流の乱れが抑制され、均一な薄膜形成を行うことができる。
【０１１７】
〔２〕上記〔１〕において、反応管もしくは反応領域を区切る境界壁の内側に露出している、基板表面と、基板保持部材の一部と、回転台の一部の表面高さが略一致している構成。
【０１１８】
この構成では、開口部より反応管内側に露出している構成部品の表面位置が略一致しているため、被処理基板近傍の原料ガス流の乱れが抑制され、均一な薄膜形成を行うことができる。
【０１１９】
〔３〕上記〔１〕において、上記回転台が、少なくとも２つの部品の組み合わせで構成され、それらの部品の少なくとも一つが反応管もしくは反応領域を区切る境界壁の内側に露出する領域を含み、かつ反応管もしくは反応領域を区切る境界壁の内側に露出する領域を含む部品が交換可能である構成。
【０１２０】
この構成では、回転台の反応管内側に露出する領域を含む部分が他の部分から分離可能であるため、回転台の反応管内側に露出する領域を含む部分のみを交換、洗浄することが可能になる。
【０１２１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、例えば、化合物半導体等を製造する気相成長装置として、好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の実施形態のＭＯＣＶＤ装置の要部構成を示す断面図である。
【図２】図１のＭＯＣＶＤ装置の全体構成を示す断面図である。
【図３】図１のＭＯＣＶＤ装置における、基板保持部材の断面図である。
【図４】図１のＭＯＣＶＤ装置において、基板保持部材がギア付き回転台に装着された状態を示す断面図である。
【図５】図１のＭＯＣＶＤ装置において、基板保持部材に基板加熱ヒーターが挿入された状態を示す断面図である。
【図６】従来のフェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置の主要部の断面図である。
【符号の説明】
【０１２４】
５    反応管
６    開口部
７    被処理基板
９    ギア付き回転台（回転台）
２５    筒状部の底面
２７    筒状部
２８    隙間部（隙間）
Ｇ    隙間
【図１】
2006344757.tif 000003
【図２】
2006344757.tif 000004
【図３】
2006344757.tif 000005
【図４】
2006344757.tif 000006
【図５】
2006344757.tif 000007
【図６】
2006344757.tif 000008